CN110213384B - 基于物联网的自定义多功能无线智能开关、系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关、系统及实现方法，包括：微处理器以及与微处理器分别连接的无线通信模块和输入检测模块；输入检测模块被配置为实时检测对于智能开关的触发指令，并将触发指令传送至微处理器；无线通信模块被配置为实现微处理器与智能节点或者回路控制器之间的通信；微处理器被配置为接收智能节点下发的控制设备开关或者报警的配置信息并存储；智能开关被触发后，微处理器调用存储的配置信息，并将配置信息转换为相应的控制指令，实现对自定义设备的开关控制或者报警功能。本发明有益效果：智能开关可以通过控制智能插座、窗帘控制器或者照明回路，也可以触发报警信息，用户可以根据需要自行设定。

Description

基于物联网的自定义多功能无线智能开关、系统及实现方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，尤其涉及一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关、系统及实现方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

传统的无线开关都是通过其内部的继电器来控制照明回路的开关，需要从配电箱引出接线连接到照明回路的开关，布线复杂，施工成本高；而且内含继电器会增大无线开关产品的体积功耗。

传统的无线开关一般通过ZIGBEE、WIFI、蓝牙等无线通信方式实现通信，这种方式传输距离相对较近，在大型办公建筑中的使用受到限制，在一个园区内更是无法使用，而且这种无线通信方式功耗相对较大，对无线开关这种要求低功耗的设备来说影响较大。

传统的无线开关的功能通常都比较固定单一，只能通过内部的继电器来控制照明回路的通断，无法实现其他的功能；并且，当确定了控制某一照明回路后，在不重新接线的情况下永远只能控制最初的回路，无法实现控制对象的灵活切换控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关、系统及实现方法，无线智能开关能够根据系统自定义的配置要求实现对不同设备的无线开关控制。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关，包括：微处理器以及与微处理器分别连接的无线通信模块和输入检测模块；

输入检测模块被配置为实时检测对于智能开关的触发指令，并将触发指令传送至微处理器；

无线通信模块被配置为实现微处理器与智能节点或者回路控制器之间的通信；

微处理器被配置为接收智能节点下发的控制设备开关或者报警的配置信息并存储；智能开关被触发后，微处理器调用存储的配置信息，并将配置信息转换为相应的控制指令，实现对自定义设备的开关控制或者报警功能。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，包括：云平台、智能节点、权利要求1所述的智能开关以及照明回路控制器；所述云平台与智能节点和照明回路控制器通过以太网进行通信；所述智能开关与智能节点和回路控制器通过LoRa无线网络进行通信；

云平台接收外部下发的智能开关控制功能配置信息，并将所述信息发送至智能节点，智能节点将接收到的配置信息下发至智能开关；所述智能开关接收配置信息并存储；

当智能开关被触发后，智能开关调用内部存储的控制功能配置信息，将所述配置信息转化为相应功能的控制指令后，向智能节点或者回路控制器发送所述控制指令，智能节点或者回路控制器根据接收到的控制指令，实现对相应设备的开闭控制或者报警功能。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关的实现方法，包括：智能开关接收智能节点下发的控制设备开关的功能配置信息并存储；智能开关被触发后，智能开关调用内部存储的配置信息并转化为相应的控制指令，将所述控制指令发送给智能节点或者回路控制器，智能节点或者回路控制器根据接收到的控制指令，实现对相应设备的开闭控制或者报警功能。

智能开关启动后主动发送广播数据包请求加入网络，智能节点收到智能开关加入网络的请求后，向智能节点反馈与智能节点连接的智能设备的数量信息，智能开关根据智能节点反馈的智能设备数量信息以及智能开关与智能节点间通信的信号强度信息，对智能节点进行打分排序，根据得分确定与所述智能开关进行组网的智能节点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

智能开关内无继电器，采用LoRa无线组网，LoRa无线网络功耗低，智能开关无需频繁更换电池，具有体积小、可随身携带的特点。

智能开关的功能可以任意指定，一个智能开关可以通过控制智能插座来控制各种设备的启停，可以控制窗帘控制器，可以控制照明回路，可以作为报警触按钮触发报警信息，用户根据需要可以通过上位机自行设定。

照明回路控制器通过强电线直接与灯具连接，无需先接入开关再接入灯具，能够减少电线的布局空间，节约成本。

云平台可以利用大数据分析使用者的习惯，自行设定各种模式供用户使用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是实施例一中无线智能开关结构示意图；

图2是实施例一中基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关，其结构如图1所示，包括：

微处理器以及与微处理器分别连接的供电单元、无线通信模块和输入检测模块；

供电单元为电池，电池产生3.3VDC给微处理器供电；微处理器通过SPI总线与无线通信模块连接，无线通信模块采用SX1278无线网络模块；输入检测模块通过普通IO口与微处理器连接，为了增加输入检测的实时性，输入检测模块采用外部中断的方式触发。

通过输入检测模块实时检测对于智能开关的触发指令，并将触发指令传送至微处理器；

通过无线通信模块实现微处理器与智能节点或者回路控制器之间的通信；

微处理器接收智能节点下发的控制设备开关的配置信息并存储至Flash内防止掉电丢失；智能开关被触发后，微处理器从Flash内调用存储的配置信息，并将配置信息转换为控制相应设备开关的控制指令，能够实现对自定义设备的开关控制。

智能开关收到外部指令触发时，是通过外部中断的方式触发；受到手动按压触发时，是通过微处理器重构外部中断接收触发信号。

控制设备开关的配置信息包括：作为报警按钮提供报警信号、控制指定的单个或多个智能插座、控制指定的单个或多个窗帘控制器、控制指定的单个或多个回路控制器的回路，通过控制智能插座的通断来控制相关设备的启停，比如饮水机、热水器、风扇灯，窗帘控制器可以控制窗帘，回路控制器可以控制照明回路。

智能开关每次触发后都会记录上次的触发命令，如果上次记录的是开，则这次触发关。智能开关触发后会根据云平台对智能开关的配置信息形成相应的不同的控制命令，然后发送给智能节点或者照明回路控制器。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，如图2所示，包括：客户端、云平台、智能节点、回路控制器及其控制的照明回路、智能插座和窗帘控制器；

其中，客户端可以是电脑或者手机，用户通过web页面或者手机终端上的APP设置智能开关控制功能的配置信息；

云平台通过TCP/IP协议与智能节点和回路控制器分别进行通信，云平台接收客户端配置的智能开关控制功能的配置信息，并将配置信息传送至智能节点。

回路控制器具备Lora无线通信的功能，回路控制器可以直接安装于配电箱内，通过强电线与照明回路的灯具连接，能够根据接收到的控制指令直接控制灯具的通断；相比于原来的需要先于继电器连接，然后再连接到灯具的方案，本实施例技术方案能够减少电线的布局，节省空间，降低成本。

智能节点与智能开关和照明回路控制器均通过LoRa无线网络进行通信，智能节点将智能开关的控制功能配置信息下发至智能开关，智能开关将控制功能配置信息存到微处理的Flash内防止掉电丢失，当智能开关开机重启后，会从微处理器的Flash内读取用户赋予的功能，当用户触发智能开关后，会将配置信息转换为特定的控制指令发给智能节点或者回路控制器，实现用户自定义的功能。

其中，配置信息是赋予智能开关某种功能，控制指令是根据配置信息具体发出的控制命令，不同的信息有不同的信息标志位，通过信息标志位具体的执行不同的操作。控制指令将来要通过智能节点转发给智能插座、窗帘控制器，或者当成报警信息反馈给云平台，或者发给照明回路控制器。

假如配置的智能开关功能是控制指定的单个智能插座，那么云平台向智能节点发送的命令格式如下所示：

字段1

字段2

字段3

字段4

字段5

字段6

字段7

开始

节点ID

开关ID

数据包类型

数据内容长度

配置信息

CRC校验

EA

01020301

08000001

01

04

02000101

CRC校验值

其中，字段1：EA是数据包开始标志；字段2：01020301是所经过的智能节点ID号；字段3：08000001是智能开关的ID号；字段4：01是数据包类型(代表配置信息数据包)；字段5:04是数据内容长度；字段6:02000101是具体的配置信息，此处是所控智能插座的ID号，如果有多个填充多个设备的ID号即可；字段7：是CRC校验值。

而智能开关被触发后，向智能节点发送的控制指令如下：

字段1

字段2

字段3

字段4

字段5

字段6

字段7

开始

节点ID

插座ID

数据包类型

数据内容长度

配置信息

CRC校验

EA

01020301

02000101

02

01

01/00

CRC校验值

其中，EA为开始标志；01020301为智能节点ID号；02000101为要控制的智能插座ID号；02代表控制命令数据包，01代表数据内容的长度；01/00表示智能插座开或者关，01代表开，00代表关；CRC为校验值。

考虑到冗余，一栋建筑内可能安装两到三个具有LoRa无线通信功能的智能节点，而智能节点具有无线自组网功能，智能开关开机后主动加入网络，而且智能开关会通过一定的算法对智能节点进行打分排序形成路由表。

具体实现过程如下：

智能开关开机后会主动发送广播数据包请求加入网络，智能节点收到智能开关加入网络命令后会回应智能开关(智能节点下面带了多少个模块)，智能开关接收到回应后提取相关内容并读取与相应智能节点间通信的信号强度，智能开关综合信号强度和智能节点下模块数量对智能节点进行打分排序(有具体的打分规则)，形成路由表，根据得分确定与智能开关进行组网的智能节点。智能开关会选择得分高的智能节点进行通信。

当智能开关被赋予报警功能时，用户按压开关会发出报警信号(用于报警的特殊命令)，当与智能开关通信的智能节点判断接收到的是报警信号后，会优先将信号推送到云平台，云平台将报警信号再推送到客户端，而且会一直推送报警信号，直到用户手动解除。因为智能开关通过LoRa无线网络与智能节点通信，LoRa无线网络传输距离远、传统能力强、功耗低，因此智能开关体积较小，使用者可以随身携带，在整栋建筑或者园区都能在需要的时候发出报警信息。

当智能开关被赋予控制单个或多个智能插座时，用户触发智能开关后会发出智能插座控制信号，智能节点收到控制智能插座命令后会下发命令控制相应的智能插座，因此可以通过智能开关开启或关断相应的设备，尤其是当智能开关被赋予控制多个智能插座时，使用者可以一键开启或者关掉所有设备，非常的方便。

当智能开关被赋予控制窗帘控制器时，用户触发智能开关后会发出控制窗帘的信号给智能节点，智能节点收到命令后会下发控制窗帘的命令。用户根据需要可以选择控制单个窗帘或者多个窗帘，控制多个窗帘时非常适合用于控制大型区域窗帘多的地方。

当智能开关被赋予控制照明回路时，用户触发智能开关后会发出控制照明回路的信号给回路控制器，回路控制器收到命令后控制继电器通断来控制具体照明回路，用户可以选择智能开关控制单个或多个回路控制器的任意照明回路，非常的灵活。比如在家内，可以将一个智能开关放置到床头，控制家内所有灯具，上床后可以一键关掉所有灯具，物业人员可以通过智能开关控制相关区域的照明回路，晚上可以一键关掉所有回路，避免公共区域出现长明灯。

当然，当智能开关被赋予控制多个智能设备时，也可以通过自定义的规则实现对单个设备的控制；比如：

当智能开关被赋予控制多个智能插座时，可以通过设置在规定的时间内按压的次数实现单个智能插座的控制，比如在1s内按压的次数。当一个智能开关控制三个智能插座时，可以通过长按1s实现全部智能插座的开或者关，而1s内快速按压1次实现智能插座1的开关，1s内快速按压2次实现智能插座2的开关，1s内快速按压3三次实现智能插座3的开关。

智能开关是一种翘板开关，可以在一定时间内根据触发的次数实现不同的控制效果，比如1s内触发一次控制一层公共照明、1s内连续触发2次控制二层公共照明、1s内连续触发3次控制三层公共照明，根据连续触发的次数实现不同的控制效果完全由用户自己定义。

智能开关内通过定时器进行定时，当检测到触发信号后会立即启动定时器进行定时，并累计按压次数，时间到后根据按压次数发出不同的控制命令。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关，其特征在于，包括：微处理器以及与微处理器分别连接的无线通信模块和输入检测模块；

输入检测模块被配置为实时检测对于智能开关的触发指令，并将触发指令传送至微处理器；

无线通信模块被配置为实现微处理器与智能节点或者回路控制器之间的通信；所述智能开关与智能节点和回路控制器通过LoRa无线网络进行通信，所述回路控制器可以直接安装于配电箱内，通过强电线与照明回路的灯具连接，能够根据接收到的控制指令直接控制灯具的通断；

微处理器被配置为接收智能节点下发的控制设备开关或者报警的配置信息并存储；智能开关被触发后，微处理器调用存储的配置信息，并将配置信息转换为相应的控制指令，实现对自定义设备的开关控制或者报警功能；

智能开关启动后主动发送广播数据包请求加入网络，智能节点收到智能开关加入网络的请求后，向智能节点反馈与智能节点连接的智能设备的数量信息，智能开关根据智能节点反馈的智能设备数量信息以及智能开关与智能节点间通信的信号强度信息，对智能节点进行打分排序，根据得分确定与所述智能开关进行组网的智能节点。

2.一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，基于权利要求1所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关，其特征在于，包括：云平台、智能节点、权利要求1所述的智能开关以及照明回路控制器；所述云平台与智能节点和照明回路控制器通过以太网进行通信；所述智能开关与智能节点和回路控制器通过LoRa无线网络进行通信；

云平台接收外部下发的智能开关控制功能配置信息，并将所述信息发送至智能节点，智能节点将接收到的配置信息下发至智能开关；所述智能开关接收配置信息并存储；

当智能开关被触发后，智能开关调用内部存储的控制功能配置信息，将所述配置信息转化为相应功能的控制指令后，向智能节点或者回路控制器发送所述控制指令，智能节点或者回路控制器根据接收到的控制指令，实现对相应设备的开闭控制或者报警功能。

3.如权利要求2所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，其特征在于，智能开关控制功能的配置信息为控制照明回路的通断时，智能开关被触发后，调用内部存储的配置信息并转化为控制指令，发送给回路控制器，回路控制器根据控制指令的内容对相应的照明回路进行通断控制。

4.如权利要求2所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，其特征在于，智能开关控制功能的配置信息为控制智能插座或者窗帘的通断时，智能开关被触发后，调用内部存储的配置信息并转化为控制指令，发送给智能节点，智能节点根据控制指令的内容对相应的智能插座或者窗帘进行通断控制。

5.如权利要求2所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，其特征在于，智能开关控制功能的配置信息为报警功能时，智能开关被触发后，调用内部存储的配置信息并转化为控制指令，发送给智能节点，智能节点接收到智能开关的控制指令后，将报警信号发送至云平台，云平台将报警信号发送至外部终端。

6.如权利要求2所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关系统，其特征在于，所述照明回路控制器被配置为能够与智能开关进行通信，并能够根据接收到的控制指令控制与其连接的相应的照明回路的通断。

7.一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关的实现方法，基于权利要求1所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关，其特征在于，包括：智能开关接收智能节点下发的控制设备开关的功能配置信息并存储；智能开关被触发后，智能开关调用内部存储的配置信息并转化为相应的控制指令，将所述控制指令发送给智能节点或者回路控制器，智能节点或者回路控制器根据接收到的控制指令，实现对相应设备的开闭控制或者报警功能。

8.如权利要求7所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关的实现方法，其特征在于，所述控制设备开关的功能配置信息具体为：单独控制一个或同时控制多个智能插座的通断、单独控制一个或同时控制多个窗帘的开闭、单独控制一个或同时控制多个照明回路的通断、报警功能或者根据设定的规则控制智能插座、窗帘或者照明回路的。

9.如权利要求7所述的一种基于物联网的自定义多功能无线智能开关的实现方法，其特征在于，智能开关启动后主动发送广播数据包请求加入网络，智能节点收到智能开关加入网络的请求后，向智能节点反馈与智能节点连接的智能设备的数量信息，智能开关根据智能节点反馈的智能设备数量信息以及智能开关与智能节点间通信的信号强度信息，对智能节点进行打分排序，根据得分确定与所述智能开关进行组网的智能节点。

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